超大質(zhì)量的黑洞是如何變得如此巨大而笨重的？科學家們?nèi)匀徊恢?/span>
一位藝術(shù)家是這樣描述超大質(zhì)量黑洞的圖
活動星系是宇宙中迄今為止最明亮的物體，它們由位于其中心地帶的巨大黑洞驅(qū)動著。但是尋找這些巨型黑洞的起源對于天文學家來說是極富挑戰(zhàn)性的工作。新的觀察結(jié)果又再次強調(diào)了這種困難的存在。
盡管仿真技術(shù)發(fā)現(xiàn)黑洞應該是在宇宙早期快速成長起來的，但是當天文學家回溯過去的時候，他們沒能發(fā)現(xiàn)更多相關(guān)的結(jié)構(gòu)和證據(jù)。直到現(xiàn)在，天文學家們?nèi)栽谔剿鳎槍诙闯砷L的新研究也在繼續(xù)展開。
巨型黑洞的形成
讓我們回到過去。宇宙中最大的黑洞本身就是一個彌天大謊，其質(zhì)量比太陽還要大數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍。為了達到這不可思議的尺寸，他們會消耗相當于數(shù)十億年來所有氣體總量的東西，不斷地用落入它們引力范圍內(nèi)的這些東西來壯大自己。
但是這些超大質(zhì)量黑洞的起點肯定是比平均值還要大的，在他們成為“宇宙胖子”的道路上，這給他們提供了搶跑的機會。我們現(xiàn)在還不確定是什么導致了宇宙中的超大質(zhì)量黑洞，但是關(guān)于這個問題，有兩種不同的學派提出了自己的想法。
其中一種看法是，當?shù)谝淮阈浅霈F(xiàn)在宇宙中的時候，超大質(zhì)量黑洞也隨之出現(xiàn)了。這些恒星是由純氫和氦（因為在那時沒有更重的元素）組成的，他們體積巨大，或許是太陽尺寸的幾百倍。他們在泰坦尼克號超新星爆發(fā)中快速成長、快速死亡，留下了爆炸的核心物質(zhì)---第一個黑洞。
另一種看法是，也許第一個最大的黑洞從來都不是恒星。取而代之的，或許當氣體云變得不穩(wěn)定并相互碰撞之時，才形成了這樣的物體。這就解釋了為什么巨型黑洞在宇宙的歷史中出現(xiàn)如此之早、以及他們是如何成長得如此迅速并變得如此巨大這一命題。
榮耀之光
無論如何，今天這巨物早在宇宙誕生初期就已經(jīng)萌芽，在它不到十億歲的時候。但是，以這些物質(zhì)剛誕生時的大小，它們?nèi)匀恍枰粩鄶U張自己來變成今天這樣的龐然大物。計算機所模擬出的恒星、黑洞、星系以及氣體在早期宇宙中的形態(tài)表明，這些黑洞成長迅速，在它們形成的幾億年之內(nèi)就能達到龐然的形態(tài)。
天文學家們知道如何認出如此膨脹的黑洞：喂養(yǎng)黑洞形成活躍星系的心臟。隨著所有氣體被塞入黑洞的咽喉中，它收縮并升溫到百萬度。這些熱氣發(fā)射出的炙熱的x光明亮到使它們能在數(shù)十億光年之外被看到。所以當我們在天空中看到一個巨大且明亮的x光源，我們知道數(shù)萬億噸氣體正掉進黑洞之中。
但是盡管科學家們已經(jīng)在周遭的宇宙中識別了數(shù)十萬個活躍星系，我們也僅僅只在年輕的宇宙中看到了少數(shù)。（因為光的傳播需要時間，研究宇宙遙遠的角落相當于在回顧過去。）
這就是說，科學家們在極遠距離下發(fā)現(xiàn)的活躍星系在過去是極其強大的。例如，已知的最遠的星系，稱為 ULAS J1342+0928，早在宇宙只有6.9億歲時就安然存在并擁有一個質(zhì)量為太陽的八億倍的巨大黑洞。
黑暗深處的探索
盡管這些巨大的活躍星系是壯美的，科學家們真正想要知道的是它們是否是早期宇宙的典型又或者只是非常規(guī)的極端現(xiàn)象。
在最近的研究中，科學家們表明在早期宇宙中已知的活躍星系只是例外，并不常規(guī)。結(jié)合NASA的錢德拉X光天文臺的觀測和在更長波段的探查，天文學家們能夠在廣袤的天空中識別出可能在年輕的宇宙中候選的活躍星系。
在對數(shù)據(jù)進行分類篩查以及排序之后，人們列出了所有超大質(zhì)量黑洞的名單，總共五個。沒錯，在人們對于早期宇宙的整個探索過程中，只發(fā)現(xiàn)了五個活躍星系。并且，由于測量存在不確定性，這些星系可能距離我們更近，形成也更晚一些。
這些發(fā)現(xiàn)似乎與超大質(zhì)量黑洞在宇宙形成了二十億年的時候經(jīng)歷了快速生長期并因此在廣闊的距離中變得常見這一模擬相矛盾。雖然我們有一些指向，但它們看上去更像是超大質(zhì)量黑洞典型的形成過程中不可思議的一站。
那么我們怎樣才能從早期宇宙的萌芽中窺視到今天的巨大黑洞呢？眼下，這個領(lǐng)域仍然籠罩著神秘的面紗，未曾揭開。
這項研究的預印本發(fā)表在arXi上，并最終在《天體物理學雜志》上發(fā)表出版。
相關(guān)知識
超大質(zhì)量黑洞(SMBH或SBH)是最大的黑洞種類，包含了相當于幾十萬到幾十億倍太陽質(zhì)量的物質(zhì)。黑洞是一類經(jīng)歷了引力坍縮的宇宙物質(zhì)，留下一個球狀區(qū)域，任何物質(zhì)都不能從中逃脫，甚至是光。觀測證據(jù)表明，幾乎所有大星系都含有一個超大質(zhì)量黑洞，位于星系中心。在銀河系中，超大質(zhì)量黑洞與人馬臂A*在星系核心中的位置類似。星際氣體在超大質(zhì)量黑洞上吸積的過程就是類星體和其他種類的活躍星系核產(chǎn)生能量的過程。
這是第一張直接拍攝到的超大質(zhì)量黑洞的影像，位于梅西埃87號星系核心。它顯示了一個加熱的吸積環(huán)，以350AU的平均間隔繞著物體環(huán)行。比海王星繞太陽運動的軌道大十倍。黑暗中心是事件視界及其陰影。
作者：Paul Sutter
FY：Astronomical volunteer team
如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除
轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處
翻譯：天文志愿文章組-協(xié)作翻譯小分隊
聯(lián)合署名：老芋仔，穎穎穎穎穎子_Helen，，做個靚仔，雀躍
審核：天文志愿文章組-
排版：零度星系
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：https://www.space.com/how-supermassive-black-holes-get-so-big.html
本文由天文志愿文章組-老芋仔，穎穎穎穎穎子_Helen，，做個靚仔，雀躍翻譯自Paul Sutter的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系運營者刪除。
聯(lián)系客服
